TPR là phƣơng pháp đƣợc sử dụng rộng rãi để xác định tính chất của xúc tác. Nhờ phƣơng pháp này, chúng ta có thể biết đƣợc khả năng bị khử của từng chất có trong mẫu, đặc biệt dùng trong nghiên cứu xúc tác, nghiên cứu tính chất của các chất có trong hệ: kim loại quý, chất mang có tính oxi hóa, các chất hấp phụ,...
TPR xác định số cấu tử có khả năng bị khử trong xúc tác cũng nhƣ xác định nhiệt độ mà tại đó quá trình khử xảy ra. Nó cung cấp những thông tin định tính lẫn định lƣợng về các xúc tác kim loại. Thông qua giản đồ TPR và các thông số khác đặc trƣng cho quá trình khử, ta có thể đánh giá trạng thái lý-hóa của kim loại, các tƣơng tác của kim loại với kim loại cũng nhƣ tƣơng tác của kim loại với chất mang.
SVTH: Lê Khang Kiều Trang -38- Nguyên tắc: Dựa trên việc ghi nhận và xác định lƣợng hydro bị tiêu tốn trong quá trình khử oxit hay muối thành kim loại.
Phân tích TPR bắt đầu bằng cách cho dòng khí phân tích (5% H2 trong khí mang trơ) thổi qua mẫu thử.
Kết quả TPR đƣợc thành lập dƣới dạng phổ. Vị trí đỉnh quyết định bởi tính chất hóa học của thành phần có khả năng bị khử và diện tích peak phản ánh lƣợng H2 tiêu thụ cho quá trình khử. TPR thƣờng đƣợc tiến hành ở áp suất riêng phần của khí hoạt hóa thấp. Do đó, ta có thể nhận biết đƣợc phản ứng trung gian dựa vào tốc độ thay đổi nhiệt độ, nồng độ khí phản ứng và tốc độ dòng khí. Dựa vào các đỉnh thu đƣợc ở các nhiệt độ khử khác nhau ta có thể xác định các kim loại liên kết yếu hay mạnh ở trạng thái phân tử (nguyên tử) của nó.
Phƣơng trình phản ứng khử:
PtOn (bề mặt) + n H2 (bề mặt) Pt (bề mặt) + n H2O (khí) ( 3.6) Thiết bị đo: Máy Altamira 200, Phòng thí nghiệm trọng điểm thiết bị và dầu khí, Trƣờng Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia Tp. Hồ Chí Minh.
Quy trình:
- Xử lý mẫu: Trƣớc khi tiến hành đo mẫu đƣợc xử lý bằng dòng khí N2 trong 2 giờ ở 200 oC nhằm làm sạch bề mặt mẫu.
- Tiến hành đo: Thổi dòng khí 10% H2 trong Ar qua mẫu thử và nâng nhiệt độ làm việc đến 900 oC với tốc độ 10 oC/phút để thực hiện giai đoạn khử.
- Thành phần của dòng khí đƣợc theo dõi khi tăng nhiệt độ tuyến tính.
- Đầu dò Catharometer đƣợc sử dụng để xác định sự thay đổi trong thành phần của khí.
Các số liệu thu đƣợc là nhiệt độ khử cực đại (Tmax, °C) và diện tích đỉnh khử (Smax) tính trên m (g) xúc tác. Từ Smax ta tính đƣợc lƣợng hydro đƣợc sử dụng cho quá trình khử. Khi đó mức độ khử đƣợc xác định qua phƣơng trình:
SVTH: Lê Khang Kiều Trang -39- Số mol platin (n′Pt) có trong m (g) xúc tác:
195 100 %Pt m n'Pt xt ( 3.7) Trong đó: mxt - khối lƣợng xúc tác (g); %Pt - phần trăm khối lƣợng của platin trong m (g) xúc tác.
Số mol platin (nPt) bị khử trong m (g) xúc tác:
x n m 2 n n H H2 Pt ( 3.8) Trong đó: - số mol hydro bị dùng cho quá trình khử đƣợc xác định từ diện tích đỉnh khử; x - hóa trị của Pt ở dạng oxit, x có giá trị bằng 4 do Pt trong hợp chất với oxi có dạng PtO2 đƣợc khử trực tiếp thành Pto.
Mức độ khử của oxit platin:
1 Pt Red Pt n K (%) = 100 n' ( 3.9)